Optimierung von Maschinenbelegungsplänen unter Benutzung heuristischer Verfahren:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Lohmar ; Köln
Eul
1998
|
| Schriftenreihe: | Produktionswirtschaft und Industriebetriebslehre
1 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XVIII, 328 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3890126146 |
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS i
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis i
Abbildungsverzeichnis vii
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen xi
Verzeichnis der verwendeten Symbole xv
1 Motivation 1
1.1 Problemstellung 2
1.2 Zielsetzung der Arbeit 3
2 Ablaufplanung 5
2.1 Begriffserklärung 5
2.2 Ablaufplanung innerhalb der produktionswirt. Organisation . 11
2.2.1 Aufbauorganisation 14
2.2.2 Ablauforganisation 17
2.2.2.1 Gegenstand der Ablauforganisation 17
2.2.2.2 Ziele der Ablauforganisation 20
2.3 Ablaufplanung innerhalb der Produktionsplanung 27
2.3.1 Produktionsprogrammplanung 29
2.3.2 Bereitstellungsplanung 31
2.3.3 Prozeßplanung 34
2.4 Zusammenfassung 37
ii INHALTSVERZEICHNIS
3 Das Job Shop Scheduling Problem 39
3.1 Deterministische Scheduling Probleme 41
3.1.1 Maschinencharakteristika 42
3.1.2 Auftragscharakteristika 43
3.1.3 Optimalitätskriterien 45
3.1.4 Zusammenfassung 49
3.2 Job Shop Scheduling 51
3.2.1 Grundbegriffe 51
3.2.2 Sequencing 54
3.2.3 Scheduling 56
3.3 Komplexitätstheoretische Betrachtungen 58
3.3.1 Grundbegriffe 59
3.3.2 Zur Komplexität des JSP 63
3.4 Alternative Lösungsverfahren 63
3.4.1 Problemklassen 63
3.4.2 Exakte Verfahren 64
3.4.3 Heuristiken 65
3.4.3.1 Simulated Annealing 67
3.4.3.2 Threshold Accepting 68
3.4.3.3 Genetische Algorithmen 69
3.4.4 Künstliche Neuronale Netzwerke 70
3.4.5 Fuzzy-Logik 72
3.5 Zusammenfassung 75
4 Verteiltes Problemlosen 77
4.1 Konventionelle PPS-Systeme 79
4.2 Fertigungsleitstand 85
4.3 Dezentrale Ansätze 88
4.3.1 Konventionelle dezentrale Verfahren 88
4.3.1.1 Prioritätsregeln 89
4.3.1.2 Kanban 91
4.3.1.3 Fortschrittszahlen 92
4.3.1.4 Verteilte Simulation 93
4.3.2 Verfahren der Verteilten Künstlichen Intelligenz .... 95
INHALTSVERZEICHNIS in
4.3.2.1 Verteilte Expertensysteme 97
4.3.2.2 Blackboard-Systeme 97
4.3.2.3 Neuronale Netze 98
4.3.2.4 Multiagentensysteme 99
4.4 Aspekte von Multiagentensystemen 100
4.4.1 Der Agent 100
4.4.2 Agentenarchitekturen 103
4.4.3 Koordination und Kommunikation 104
4.4.3.1 Kooperatives Problemlösen und seine Phasen 104
4.4.3.2 Dezentrale Organisationsformen der Kommu¬
nikation 106
4.4.4 Kommunikationssysteme 108
4.4.4.1 Systeme der indirekten Kommunikation . . . 108
4.4.4.2 Systeme der direkten Kommunikation .... 112
4.4.4.3 Zusammenhang von Marktmodell und Kon¬
trakt-Netz 117
4.4.5 Dezentraler Leitstand, Simulation und MAS 119
4.4.5.1 Dezentrale Leitstandsysteme 119
4.4.5.2 Leitstand und Simulation 122
4.4.5.3 Simulation und MAS 123
4.4.5.4 MAS und Leitstand 124
4.4.6 Prototypen 126
4.4.6.1 MAGSY 126
4.4.6.2 SOPP 127
4.4.6.3 VerFLEX-BB 129
4.4.6.4 Prototyp nach Gausemeier 131
4.4.6.5 Prototyp nach Baldi 133
4.4.6.6 Prototyp nach Hahndel 134
4.4.6.7 Weitere Prototypen 136
4.5 Zusammenfassung 139
iv INHALTSVERZEICHNIS
5 Objektorientiertes Referenzmodell 141
5.1 Die Modellierung 142
5.1.1 Begriffserklärung 142
5.1.2 Phasen der Modellierung eines Referenzmodells . . . .145
5.1.3 Das konzeptionelle Modell 147
5.1.4 Das Entity-Relationship-Modell 148
5.2 Eine Unternehmensanalyse für das JSP 153
5.2.1 Die Strukturanalyse 153
5.2.2 Die Ereignisanalyse 156
5.3 Ein objektorientierter Entwurf für das JSP 158
5.3.1 Grundlagen der objektorientierten Modellierung .... 158
5.3.2 Aspekte der objektorientierten Modellierung 162
5.3.3 Objektorientierte Entwurfsmethoden 164
5.3.4 Die Object Modeling Technique 166
5.3.4.1 Das Objektdiagramm 167
5.3.4.2 Das Zustandsdiagramm 171
5.3.4.3 Das Datenflußdiagramm 175
5.3.5 Implementierung eines objektorientierten Entwurfs . . 178
5.4 Zusammenfassung 179
6 Reihenfolgeplanung 181
6.1 Situation einer Werkstatt 182
6.1.1 Analyse der Werkstattsteuerung 183
6.1.1.1 Aufgabengebiete der Werkstattsteuerung . . . 187
6.1.1.2 Reihenfolgeabhängige Rüstzeiten 190
6.1.2 Analyse des Fertigungsauftragsdurchlaufs 195
6.2 Eröffnungsverfahren 200
6.2.1 Prioritätsregeln 202
6.2.1.1 Zeitunabhängige Prioritätsregeln 204
6.2.1.1.1 Stochastische Eigenschaften 204
6.2.1.1.2 Bearbeitungszeitorientierung 205
6.2.1.1.3 Fertigstellungszeitpunktorientierung. 208
6.2.1.2 Zeitabhängige Prioritätsregeln 209
6.2.2 Verknüpfung von Prioritätsregeln 211
INHALTSVERZEICHNIS v
6.2.2.1 Verknüpfungen einfacher Art 211
6.2.2.2 AHP 213
6.2.2.2.1 Systemanalyse 215
6.2.2.2.2 Lösungsverfahren 216
6.2.2.2.3 Entscheidung 221
6.2.3 Zur Generierung von Ablaufplänen 221
6.2.4 Ergebnisse 225
6.3 Verbesserungsverfahren 229
6.3.1 Genetische Algorithmen 229
6.3.1.1 Evolutionäre Algorithmen - ein Überblick . . 230
6.3.1.2 Grundlagen Genetischer Algorithmen 231
6.3.1.3 Wahl einer geeigneten Kodierung 233
6.3.1.3.1 Formen der Problemrepräsentation . 239
6.3.1.3.2 Kodierung nach Nakano und Yamada 240
6.3.1.3.3 Kodierung nach Bierwirth et al. . . . 243
6.3.1.3.4 Kodierung nach Rixen und Kopfer . 246
6.3.1.3.5 Ein neuer Kodierungsansatz 248
6.3.1.4 Populationskonzepte 252
6.3.1.4.1 Populationsgröße 252
6.3.1.4.2 Zusammensetzung der Startpopula¬
tion 252
6.3.1.4.3 Ersetzungsschema 253
6.3.1.4.4 Populationsstruktur 256
6.3.1.5 Lösungsevaluierung und Fitneßfunktion . . . 259
6.3.1.6 Selektionsoperatoren 262
6.3.1.6.1 Einfaches Roulette-Schema 263
6.3.1.6.2 Modifiziertes Roulette-Schema .... 265
6.3.1.6.3 Ranglisten-Selektion (Ranking) ... 265
6.3.1.6.4 Uniforme Selektion 266
6.3.1.6.5 Exponentielle Selektion 267
6.3.1.6.6 Turnier-Selektion 267
6.3.1.6.7 Heirats-Selektion 267
6.3.1.7 Rekombination und Crossover 267
6.3.1.7.1 Vergleich gebräuchlicher Operatoren 268
vi INHALTSVERZEICHNIS
6.3.1.7.2 Generalized Order Crossover (GOX) 270
6.3.1.7.3 Generalized Position Based Crosso¬
ver (GPBX) 271
6.3.1.8 Mutation 272
6.3.1.8.1 Shift-Operator 273
6.3.1.8.2 Order Based Mutation (OBM) ... 273
6.3.1.8.3 Position Based Mutation (PBM) . . 274
6.3.1.8.4 Scramble Sublist Mutation 275
6.3.1.8.5 Translokations-Mutation 275
6.3.1.8.6 Inversions-Mutation 276
6.3.1.8.7 Random-Mutation 276
6.3.1.9 Möglichkeiten zur weiteren Leistungssteige¬
rung von GA 276
6.3.1.9.1 Destabilisierung 276
6.3.1.9.2 Tabu-Liste 277
6.3.1.9.3 Hybridisierung 279
6.3.2 Simulated Annealing 281
6.3.2.1 Überblick über das Verfahren 281
6.3.2.2 Parametereinstellung 282
6.3.3 Threshold Accepting 284
6.3.3.1 Überblick über das Verfahren 284
6.3.3.2 Parametereinstellung 285
6.3.4 Sintflut-Methode 286
6.3.4.1 Überblick über das Verfahren 286
6.3.4.2 Parametereinstellung 288
6.4 Testergebnisse 288
7 Zusammenfassung 297
Literaturverzeichnis 301
ABBILDUNGSVERZEICHNIS vii
Abbildungsverzeichnis
1.1 Inhaltliche Gliederung der Arbeit 4
2.1 Hauptprozeß der Auftragsbearbeitung 7
2.2 Aufgaben der Fertigungssteuerung 10
2.3 Formen von Erzeugnisstrukturen 14
2.4 Formen von Aufgabenstrukturen 16
2.5 Einteilung von produktionswirtschaftlichen Zielen 21
2.6 Einfluß der Ablaufplanung auf die Durchlaufzeit 23
2.7 MRP-Konzepte 28
2.8 Verschiedene Sichten zur Ablaufplanung 37
3.1 Problem-Klassifikation 50
3.2 Auswahl von Zielkriterien 50
3.3 Maschinenfolgegraph 53
3.4 Disjunktiver Graph 54
3.5 Ablaufgraph 55
3.6 Gantt-Diagramme 56
3.7 Venn-Diagramm zum Verhältnis der semi-aktiven, aktiven und
unverzögerten Belegungspläne 58
4.1 Förderung der Motivation der Mitarbeiter 82
4.2 Dynamisches Umfeld von PPS-Systemen 83
4.3 Innovationsfelder von PPS-Systemen der 4. Generation .... 85
4.4 Der Leitstand eines Logistiksystems als Regelkreismodell ... 86
4.5 Dezentrale Verfahren der Fertigungsplanung und -Steuerung . 89
4.6 Einordnung von Multiagentensystemen 99
4.7 Agentenmodell 102
4.8 Phasen des Verteilten Problemlösens 105
viü ABBILDUNGSVERZEICHNIS
4.9 Systematisierung 106
4.10 Organisationsformen 107
4.11 Das Blackboard-Problemlösungsmodell 108
4.12 Hierarchie der Agenten 110
4.13 Kommunikationswege 111
4.14 Die MikroÖkonomie innerhalb eines Unternehmens 113
4.15 Architekturen für dezentrale Leitstandsysteme 120
4.16 Simulationsgestützte Fertigungsplanung und -Steuerung .... 122
4.17 Agenteninterpreter 124
4.18 Dezentrale hierarchische Leitstände 125
4.19 Systemarchitektur des Systems VerFLEX-BB 130
4.20 Leitstandarchitektur 133
5.1 Zusammenhang von Referenz- und Metamodell 144
5.2 Entwurfsschritte eines Referenzmodells 145
5.3 Beziehungen zwischen Mengen 149
5.4 Entities und Beziehungen im ERD 150
5.5 Darstellungsformen und deren Erweiterungen im ERD .... 152
5.6 ERD für das Job Shop Scheduling Problem 156
5.7 Ereignisse der Feinsteuerung 158
5.8 Notation für Objektklassen 168
5.9 Objektklasse und Objektinstanzen 169
5.10 Assoziation zwischen Klassen 170
5.11 Aggregation von Klassen 170
5.12 Generalisierung, Spezialisierung von Klassen 171
5.13 Objektdiagramm für das JSP 172
5.14 Notation für Zustandsdiagramme 174
5.15 Zustandsdiagramm eines Fertigungsauftrages 175
5.16 Datenflußdiagramm zur Auftragsterminplanung 177
6.1 Aufgaben der Werkstattsteuerung und Arbeitsvorbereitung . . 185
6.2 Werkstattsteuerung 187
6.3 Stückzahlbereiche der Werkstattaufträge 190
6.4 Durchschnittliches Verhältnis von Rüst- zur Bearbeitungszeit . 191
6.5 Abhängigkeiten zwischen Modellbestandteilen 192
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ix
6.6 Belegungsplan bei ausschließlicher Rüstzeitminimierung .... 193
6.7 Belegungspläne bei Zykluszeitminimierung unter Vernach¬
lässigung der reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten 194
6.8 Belegungsplan bei Zykluszeitminimierung unter Beachtung
der reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten 195
6.9 Daten der Fertigung eines Maschinenbauunternehmens .... 196
6.10 Anzahl Aufträge pro Anzahl Arbeitsgänge 197
6.11 Maschinenwechseldiagramm 198
6.12 Hauptflußrichtung der Arbeitsvorgänge 199
6.13 Klassifikation von Eröffnungsverfahren 201
6.14 Klassifikation von Prioritätsregeln 204
6.15 Stochastische Prioritätsregeln 205
6.16 Bearbeitungszeitorientierte Prioritätsregeln 206
6.17 Fertigstellungszeitpunktorientierte Prioritätsregeln 208
6.18 Zeitabhängige Prioritätsregeln 209
6.19 Güte von Prioritätsregeln bzgl. unterschiedlicher Zielfunktionen210
6.20 Verknüpfungen elementarer Prioritätsregeln 212
6.21 Grundelemente der AHP-Methode 214
6.22 Hierarchische Zerlegung im AHP 216
6.23 Eingangsdaten des Beispiels zum AHP 220
6.24 Beispielrechnung des AHP 220
6.25 Algorithmus zur Generierung eines aktiven Ablaufplanes . . . 222
6.26 Algorithmus zur Generierung eines aktiven Ablaufplanes aus
einem bestehenden Ablaufplan 223
6.27 Optimale Lösung des 10 x 10 Benchmarkbeispiels 224
6.28 Elementare Prioritätsregeln 226
6.29 Verknüpfungen elementarer Prioritätsregeln, Teil 1 227
6.30 Verknüpfungen elementarer Prioritätsregeln, Teil 2 228
6.31 Ein Beispiel mit einem Deadlock 234
6.32 Reihenfolgebeziehungen 235
6.33 Kodierung von Nakano und Yamada 241
6.34 Erweiterung der Kodierung von Nakano und Yamada 242
6.35 Kodierung nach Bierwirth et al 244
6.36 Verschiedene Genotypen mit gleichem Phänotyp 245
x ABBILDUNGSVERZEICHNIS
6.37 Erzeugung einer Reihenfolge aus der kodierten Lösung .... 246
6.38 Redundante Lösung 247
6.39 Nicht erzeugbare Einplanungsreihenfolge dieser Kodierung . . 248
6.40 Erzeugung einer Ausgangslösung 249
6.41 Neue Kodierung für das JSP 250
6.42 Generational Replacement 254
6.43 Generational Replacement mit Elitismus 255
6.44 Stetige Ersetzung (Steady-State GA) 255
6.45 Bestimmung der Hamming-Distanz zweier Lösungen 256
6.46 Inselmodell 257
6.47 Netzwerkmodell 258
6.48 Nachbarschaftsmodelle 259
6.49 JSP-Lösungsevaluierung 260
6.50 TSP-Lösungsevaluierung 261
6.51 Selektionen 264
6.52 n-Punkt- und Uniform-Crossover 269
6.53 Generalized Order Crossover (GOX) 271
6.54 Generalized Position Based Crossover (GPBX) 272
6.55 Shift-Operator 273
6.56 Order Based Mutation 274
6.57 Position Based Mutation 274
6.58 Scramble Sublist Operator 275
6.59 Translokationsoperator 275
6.60 Inversionsoperator 276
6.61 Hillclimbing-Algorithmus zur lokalen Optimierung im JSP . . 279
6.62 Basisalgorithmus Simulated Annealing 281
6.63 Basisalgorithmus Threshold Accepting 285
6.64 Basisalgorithmus Sintflut-Methode 287
6.65 Testbeispiele für Simulated Annealing 289
6.66 Testbeispiele für Threshold Accepting 290
6.67 Testbeispiele für Sintflut-Methode 291
6.68 Testbeispiele für Genetische Algorithmen 292
6.69 Testergebnisse anderer Autoren 293
7.1 Parametereinstellung mittels Fuzzy-Regler 299
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| discipline | Fertigungstechnik Mathematik Werkstoffwissenschaften / Fertigungstechnik Wirtschaftswissenschaften |
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